Partie construction mécanique

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1 BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électronique Session 2007 MACHINE À COMMANDE NUMÉRIQUE 3 AXES Durée conseillée 1h30 Lecture du sujet : 5mn 2 - Etude de l avance linéaire : 25mn 3 - Etude de l axe motorisé : 40mn 4 - Etude graphique : 20mn Tout document interdit Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée (circulaire du 16/11/99) Cette partie contient : - Questions et documents réponse : BR1 à BR4 - Documentation : BAN1 à BAN5

2 BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électronique Session 2007 MACHINE À COMMANDE NUMÉRIQUE 3 AXES - Questions et documents réponse : BR1 à BR4

3 Partie Mécanique : Étude de la Fonction FT33 1 Présentation du système L étude porte sur «l axe motorisé X» de la CPM 2018 permettant le déplacement du chariot horizontal suivant l'axe X (voir dans la documentation page BAN5). Moteur pas à pas Coulisseau L axe motorisé X est constitué d une avance linéaire entraînée par un moteur pas-à-pas par l intermédiaire d une transmission par poulies et courroie crantée. Moteur pas à pas Avance linéaire Transmission poulies-courroie Transmission poulies-courroie 2 - Étude de l avance linéaire Chariot Horizontal On étudie, dans un premier temps «l avance linéaire» seule, représentée sur les documents suivants : Documentation page BAN1 : Plan en perspective de l avance linéaire ; Documentation page BAN2 : Nomenclature ; Documentation page BAN3 : Plan d ensemble de l avance linéaire. Le chariot est lié au coulisseau et la semelle, le bâti est fixe. Coulisseau (13) Ecrou à billes (7) z Palier à billes (5) Vis à billes (6) y Bâti Palier linéaire à billes (14) x Semelle (2) questions et documents réponse BR1/4

4 Q1 - Compléter les classes d équivalence ci-dessous coulisseau et vis en vous aidant de la documentation pages BAN1, BAN2 et BAN3 : Classe Bâti : {1,3,4,5,8,9,10,11,15,16,17,19,20,21,27 } Classe Coulisseau: { 2, } Liaison 2 : Classe Vis : { 6, } Q2 - Compléter le graphe des liaisons en donnant le nom et l orientation des liaisons 2 et 3 : Classe Vis Liaison 1 : Rotule Graphe des liaisons Classe Coulisseau Liaison 3 : Classe Bâti Q3 - Compléter le schéma cinématique ci-dessous, en représentant le schéma normalisé des liaisons 2 et 3: Classe Coulisseau Schéma cinématique y Classe Vis x Classe Bâti Q4 - À partir de la documentation page BAN4, définir le nom et les principaux avantages des éléments qui réalisent les liaisons ci-dessous : - LIAISONS 1 : - LIAISONS 2 : - LIAISONS 3 : questions et documents réponse BR2/4

5 3 - Étude de l axe motorisé X La translation du chariot horizontal sur l axe X est obtenue grâce à la chaîne cinématique : Moteur Transmission Poulies-Courroie Transmission Vis-Écrou Chariot Moteur pas à pas Nm = 720tr.mn -1 Cm = 0,88N.m - en fonctionnement normal : 48 pas/tour - en commande micropas : 480 pas/tour Caractéristiques Poulies: 25 dents dp1 = dp2 = 20mm Rendement : η p = 0,94 Caractéristiques Vis : Pas p v =5mm Diamètre : d v = 16mm Nb de filet : 1 Rendement : η v = 0,92 Poulie P2 z x y Vt Vis ω v Poulie P1 Q5 - Quelle est la valeur du déplacement minimal en mm, effectué par le chariot, en commande micro-pas, noté résolution r. Comparer avec la précision annoncée par le constructeur et conclure : Chariot Moteur Q6 - Déterminer la vitesse de rotation de la vis, N v en tr.mn -1 : Q7 -Déterminer la vitesse de translation du chariot V c en mm.s -1 ; comparer avec la vitesse donnée par le constructeur dans la documentation page BAN5 : Q8 - Compte tenu des données de déplacement sur les 3 axes mentionnés dans la documentation page BAN5, déterminer la durée du déplacement total du chariot suivant X, noté T t : Bâti ω m questions et documents réponse BR3/4

6 Q9 - Déterminer la puissance nominale du moteur, notée Pm : Q10 - Déterminer le rendement global η g : Q11 - Déterminer la puissance utile au niveau du chariot Pc : Q12 - Déterminer l effort maximal admissible suivant x, noté Fx (sachant que P = F.V avec P la puissance, F la force et V la vitesse pour un mouvement de translation) : 4 - Étude graphique : Q13 - À l aide de la documentation pages BAN1 et BAN3, compléter les vues du coulisseau 13, sans arêtes cachées : - Vue de face (à compléter); - Vue de dessous (à compléter) ; - Vue de droite (complète). Les vues seront représentées à l échelle 0,8 :1, c'est-à-dire à la même échelle que le plan d ensemble de la documentation page BAN3, aux instruments et au crayon. questions et documents réponse BR4/4

7 BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électronique Session 2007 MACHINE À COMMANDE NUMÉRIQUE 3 AXES - Documentation : BAN1 à BAN5

8 z x y AVANCE LINÉAIRE EN PERSPECTIVE documentation BAN1/5

9 documentation BAN2/5

10 AVANCE LINÉAIRE FORMAT A3 ECHELLE 0,8 :1 documentation BAN3/5

11 Documentation ISEL Vis à billes de diamètre 16 mm Acier CF 53, trempé par induction Tolérance ISO classe 7 Les vis à billes isel sont des composants de haute qualité, précis et résistants à l'usure, qui transforment les mouvements rotatifs en mouvements linéaires avec des frottements minimes. Le rendement de ces vis à billes est au minimum de 90% (à titre de comparaison, les vis à filet trapézoïdale ont un rendement moyen de 50%). Elles disposent de plusieurs canaux de re-circulation de billes, leur nombre dépend du pas de l'écrou. Les vis à billes isel ont des chemins de roulement trempés et polis dans lesquels les billes roulent pratiquement sans s'user ce qui leur assure une longue durée de vie. Les vis à billes ont des couples de démarrage nettement plus faibles que les vis à filet trapézoïdal. Pour les vis à billes, le frottement au démarrage est à peine plus élevé que pendant le fonctionnement. Guidages linéaires à billes Les paliers linéaires à billes isel permettent de réaliser des avances ayant une précision de guidage de 0,01mm/m avec des vitesses de déplacement de 5m/sec environ. Le bloc du palier est rectifié et poli sur toutes ses faces. La précision de parallélisme des deux circuits de billes est de 0,005mm. La cage en matière plastique servant à la circulation des billes est pourvue d'un trou pour assurer la lubrification du palier. Les paliers linéaires à billes isel sont conçus pour se déplacer sur des ronds de diamètre 12mm. Il faut au moins deux paliers pour réaliser une avance linéaire. Quatre circuits de billes se déplacent donc parallèlement avec un angle de 90 sur un rond de diamètre 12mm. Tous les guidages linéaires isel sont des profilés en aluminium extrudé. Tous les rails de guidages sont des ronds de précision Ø8 h6 et Ø16 h6 en acier de dureté HRC 60±2. Les billes des paliers linéaires, prisonnières dans les chemins de roulement en circuit fermé, sont ramenées en permanence dans la zone de charge par les mouvements du palier. Paliers à billes «appliques» à deux trous de fixation - Corps de palier en thermoplastique ; - Roulement à une rangée de billes ; - Roulement auto-aligneur. Les roulements à billes auto-aligneurs, autorisent un rotulage, c'est-à-dire une inclinaison de quelques degrés de l arbre par rapport au palier, qui compensent d éventuels défauts d alignement. documentation BAN4/5

12 Documentation ISEL Commande numérique CPM Les systèmes compacts des séries CPM sont constitués de machine 3D à commande numérique prêtes à raccorder pour la formation et les applications industrielles, et cela pour un rapport prestation/prix exceptionnel. Les machines sont appropriées pour l'usinage du bois, des plastiques, des métaux légers, des cartes électroniques, etc. et avec une gamme étendue d'accessoires utilisables de différentes manières. Chariot Horizontal CPM 4030 CPM 3020 CPM 2018 Construction Structure à chassis avec capot de protection Type Portique Courses (X / Y / Z) en mm 400 / 300 / / 200 / / 150 / 90 Vitesses (X / Y / Z) en mm/s 60 / 60 / 60 avec vis à bille 16 * 10mm Guidages Guidage de précision en acier sans jeu à roulement à billes linéaires Hauteur de passage (sous Z) en mm Dimensions de la table de bridage en mm 600 x x x 250 Dimensions extérieures en mm 780 x 850 x x 650 x x 600 x 690 Poids en kg Motorisation Moteurs pas à pas 2 phases Hightorque Commandes Commande pas à pas microstep 4 axes Liaison RS 232 (fonctionne avec un adaptateur usb / série) Applications Équipements fabrication de plaque de signalisation fabrication de maquette d'architecture découpe de carte prototypage éducation fraisage, découpe et gravure usinage de poche usinage 3D bijouterie usinage de surface cylindrique (en option) 4 axes micro-pas intégrés aucune carte additionnelle nécessaire dans le PC construction robuste en aluminium pour l'industrie vis a billes à ajustement sans jeu moteur de broche UFM 500 (500W / rpm) (en option sur la CPM 4030) espace de travail fermé conformément aux normes de sécurité CE logiciel de pilotage fonctionne avec n'importe quel PC du commerce (pilotage USB en option) disponible en version 115V capteur de mesure d'outil, dispositif de micropulvérisation / jet documentation BAN5/5

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